この小さな赤いエメラルドハチドリ（Chlorostilbon gibsoni）は、1日に何千もの花を餌にします。 Kristiina Hurme、CC BY-ND

ハチドリは理解できないスピードで人生を生きます。 彼らの飛行アクロバットは、操縦驚くべきものです 鳥よりも昆虫に似ています 彼らは周りのフリットとして、逆さまに、さらに後方に飛んで。 彼らは花の間レースのようにぼかしています。 彼らは瞬間的に花を訪問することを一時停止行うと、彼らは15倍に彼らの蜜燃料を抽出する第二の20をなめています。

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彼らが私たちにとても興味をそそるのは、この簡単な食事の選択の結果です。彼らは蜜を飲みます。 それぞれの花はたくさん提供されていないので、小さな蜜が森林全体に広がって生計を立てるために、ハチドリは小さく、速く、熱いです。

蜜を餌にすると、ハチドリ」の定義特徴であるが、今まで科学者たちは、彼らはそれを行う方法の正確な仕組みを知りませんでした。 私たちの新しい研究では、参照するために、ビデオにそれらを遅くすることができました 彼らが本当にネクタを飲む方法。 私たちが見いだしたことは、1800が従来の知恵とはかなり異なっていたことです。

経管栄養？

ハチドリ 'スキニー舌はその法案とほぼ同じ長さです。 彼らは完全に花の中に深く到達するために適合しています。 180年以上にわたり科学者たちは、ネクタイを飲むために、ハチドリは毛細管作用に依存していると信じていました。 アイデアは、小さなガラス管が受動的に水で満たされるのと同じように、彼らの舌が蜜柑で満たされるということでした。

毛管作用の物理学は、二つの力に依存しています。 チューブ壁への液体分子の接着は、液体が側面を登ることができます。 表面張力が一緒に液体を保持し、上向きに流体全体の列をドラッグします。

ハチドリの長い皮むきの舌には、中央に2本の溝があり、蜜の中に広がる二股の先端で終わっています。 Alejandro Rico-Guevara、CC BY-NDハチドリの舌が2筒状の溝を有しているため、毛細管現象の理論は意味を成していました。 これは、蜜が舌を移動するためのシンプルな、受動的な方法だろう。

ハチドリはそれより速い

しかし、私のハチドリを見てから（リコゲバラ）ネイティブのコロンビア、私たちは、毛管現象がちょうどハチドリがどのように食べるかに追いつくのに十分速くないと感じました。 我々は予測した 毛細管現象が遅すぎた 自由生活ハチドリで観察される速い舐め率を説明する。 覚えておいて、彼らは1秒以内に15の周りを回って花の蜜を吐き出すことができます！

4年前、私たちの一人（Rico-Guevara）と同僚 マーガレット・ルベガ 従来の信念に挑戦した 初めて毛細管現象について。 私たちは、フォークされた舌の先端が静的ではなく、蜜の中に劇的に広がっていることを示しました。 ハチドリがその舌を蜜から収縮させると、これらの縞は表面張力の物理的力のために閉じ、 ラプラス圧蜜をトラップしてグリップを落とす。 この舌形状の変形のために、舌先端部は、毛細管作用に必要なチューブ形状に留まらない。

それでは、残りの舌はどのようにして蜜柑で満たされますか？

我々は、ハチドリの種の混乱を研究して、これらの鳥が花で実際に何をしていたかを調べました。 私たちは、飲酒プロセス中に舌の厚さを測定する方法が必要でした - 簡単ですが、簡単な作業ではありません。

私たちはスローモーションカメラで撮影したシースルー人工花をデザインしました。 これらのビデオから、舐めサイクル全体を通じて舌の形状を追跡することができました。 困難な部分は、野生のハチドリが命令で飲むことを納得させることでした。 時間が経つと、私たちはそれらを偽の花フィーダーと私たちの撮影設定全体に慣れさせて、それらを訓練しました。

スローモーションビデオによるサイエンスディスカバリー

ハチドリが花にその法案を挿入すると、それはまだ内の蜜を取得するために、より深い内部のその長い舌を固執する必要があります。 舌は蜜で満たされた後、鳥が戻って法案の内側舌を後退させます。 研究者は既に知っていた 蜜蜂をくちばしの中に入れておくと、ハチドリはそれが次の舐めのために延長されるので、紙幣の先端で舌を絞る。 これは、舌を圧縮して平らにして、蜜を残します。 蜜柑を紙幣の先端から飲み込むことができる場所に移動させる方法 不明のまま.

舌充填メカニズムを研究するために、私たちはそれぞれの舐めが始まる舌の平坦な形状に焦点を合わせました。 ハチドリが毛細血管を使用していた場合、蜜がそれを鳥の口に入れた後、舌は直ちにチューブ状の形状を回復してから再び蜜に触れる必要があります。

密接に透明な花を飲む鳥の私達のスローモーションのビデオを研究することによって、我々は舌が、それは別の一口のために蜜に到達するために空気を通って移動したとしても圧搾後に平坦化されたままであることを見ました。 これは、元のプリドリンクチューブ状にスナップしませんでした。

我々は18ハチドリの種を学び、なめる数百人で、我々はそれが蜜に触れるまで舌が平坦化されたままであることがわかりました。 それは毛管作用が機能するために必要な内部の舌が空きスペースを持っていなかったことが示されたため、これは重要な発見でした。 最後に、我々は自信を持ってハチドリを飲むために重要であると毛細管現象を排除することができます。

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彼らは本当にどのように蜜柑を汲み上げているのか

私たちが見いだしたのは、毛管現象を単に突き止めることを超えています。 Hummingbirdsは、このミクロスケールで液体を非常に迅速に移動させる予期せぬ方法を打ちました。 舌は、弾性マイクロポンプです.

ハチドリの舌の溝は喉に到達しないので、鳥は、それらを使用することはできません 小さなストロー。 このため、代わりに吸引力を生成するために真空を使用するのでは - わらからレモネードを飲ん想像 - システムは、舌の弾力によって供給小さなポンプ、のように動作します。 鳥は平らな舌をカボチャ、それがオープンスプリングとき、この拡大は急速にその舌の溝の中に蜜を引っ張ります。 ハチドリは、はるかに速く、彼らが毛細管現象に依存していた場合よりも、蜜を集めることができます - 舌の平坦化によって保存された潜在的な機械的エネルギー - それは、それの弾性エネルギーが判明します。

舌が空気中を移動する間、平坦化の間に溝壁に装填された弾性エネルギーは、接着剤として作用する溝の内部の残りの液体層によって保存される。 舌が蜜に触れると、流体の供給によって弾性エネルギーが放出され、溝が拡張され、舌が舌を満たすように引っ張られる。

ハチドリが飲むとき、各舐めは蜜を集め、次の舐めのために舌ポンプを迅速に準備する。 Alejandro Rico-Guevara、CC BY-ND生物学者として、私たちはこの新しい発見によって興奮しましたが、流体力学の専門家の助けが必要でした。 Tai-Hsi Fanこのハチドリマイクロポンプの物理学を正確に説明し、新しい予測をすることができます。

私たちの研究は、ハチドリが実際に飲む方法を示し、エネルギー消費量を正確にモデル化するための最初の数学的ツールを提供します。 これらの発見は、彼らが授粉する植物との飼育の決定、生態系および共進化に対する私達の理解に影響を与える。

私たちの現在進行中の研究は、と私たちの新しいモデルを比較します どのくらいの蜜蜂のハチドリが野生の花で飲むか、との間のトレードオフを調べます 効率的に飲んで戦う 女性を惹きつけたり、摂食させたり、あるいはその両方を行うために領土を支配している。

著者について

Alejandro Rico-Guevaraは、コネチカット大学の生態学および進化生物学の研究員です。 彼は、生態学的および共進化的パターンに関する知識とその根底にあるメカニズムとの間のギャップを埋めるための研究モデルとして、蜜を与える鳥を使用する機能的な形態学者です。 alejorico.comでもっと

Kristiina Hurmeは、コネチカット大学の生態学と進化生物学の研究准教授です。

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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